Es de suma importancia considerar Es de suma importancia considerar que pueden cambiar las que pueden cambiar las características significativamente características significativamente de un suelo desde los estudios, de un suelo desde los estudios, durante la construcción y a largo durante la construcción y a largo plazo.plazo.

Se deberá determinar las Se deberá determinar las características reales más características reales más desfavorables a lo largo de la vida desfavorables a lo largo de la vida de la obrade la obra

COMPRESIBILIDAD Y COMPRESIBILIDAD Y CONSOLIDACIÓNCONSOLIDACIÓN

COMPRESIBILIDAD .COMPRESIBILIDAD .

La La compresibilidadcompresibilidad es una es una propiedad de la materia, a la cual propiedad de la materia, a la cual se debe que todos los cuerpos se debe que todos los cuerpos disminuyan de disminuyan de volumen al al someterlos a una someterlos a una presión o o compresión determinada determinada manteniendo constantes otros manteniendo constantes otros parámetros. parámetros.

Al aplicarle una carga a cualquier Al aplicarle una carga a cualquier cimentación se induce uncimentación se induce un nuevo nuevo estado de esfuerzos estado de esfuerzos en la masa de en la masa de suelo, produciendo deformaciones suelo, produciendo deformaciones del suelo, que se manifiesta en del suelo, que se manifiesta en asentamientos de la estructura. asentamientos de la estructura.

La determinación de la magnitud del La determinación de la magnitud del asentamiento y el tiempo en que asentamiento y el tiempo en que ocurra son objetivos ocurra son objetivos fundamentales del diseño de la fundamentales del diseño de la cimentación.cimentación.

FACTORES:FACTORES:

Del asentamiento.Del asentamiento.

- La compresibilidad volumétrica y La compresibilidad volumétrica y espesor de cada uno de los estratos.espesor de cada uno de los estratos.

- La intensidad y distribución de los La intensidad y distribución de los esfuerzos.esfuerzos.

Del tiempo.Del tiempo.- El coeficiente de consolidación, es El coeficiente de consolidación, es

directamente proporcional al directamente proporcional al coeficiente de permeabilidad K e coeficiente de permeabilidad K e inversa del módulo de inversa del módulo de compresibilidad volumétrica.compresibilidad volumétrica.

- El espesor de los estratos El espesor de los estratos compresibles y la ubicación de las compresibles y la ubicación de las fronteras de drenaje de cada fronteras de drenaje de cada estrato.estrato.

Compresibilidad Volumétrica.Compresibilidad Volumétrica.

La deformación Volumétrica de La deformación Volumétrica de cualquier suelo bajo incremento de cualquier suelo bajo incremento de presiones tiene dos componentes:presiones tiene dos componentes:

1.- La deformación de las 1.- La deformación de las partículas partículas sólidas sólidas al aumentar la presión al aumentar la presión entre sus contactos.entre sus contactos.

2.- La disminución del volumen 2.- La disminución del volumen de los poros producida por el de los poros producida por el desplazamiento relativo de desplazamiento relativo de las partículas al deslizarse las partículas al deslizarse entre sí para alcanzar un entre sí para alcanzar un nuevo equilibrio. nuevo equilibrio.

Para la magnitud de los esfuerzos Para la magnitud de los esfuerzos transmitidos al suelo, transmitidos al suelo, lala deformación de las partículas deformación de las partículas sólidas es muy pequeña en sólidas es muy pequeña en comparación con la disminución del comparación con la disminución del volumen intersticial,volumen intersticial, por lo que se por lo que se usa el términousa el término Compresión Compresión VolumétricaVolumétrica, , a esta propiedad a esta propiedad mecánica se le llama mecánica se le llama COMPRESIBILIDAD VOLUMÉTRICA.COMPRESIBILIDAD VOLUMÉTRICA.

El tiempo necesario para que se El tiempo necesario para que se presente el cambio volumétrico presente el cambio volumétrico esta en función de la esta en función de la permeabilidad permeabilidad KK y de las y de las dimensiones del estrato.dimensiones del estrato.

En arcillas (CH) con baja En arcillas (CH) con baja permeabilidad el tiempo se estima permeabilidad el tiempo se estima en varios años.en varios años.

Caso contrario para arenas (SW) Caso contrario para arenas (SW) tiene permeabilidad alta por lo que tiene permeabilidad alta por lo que el tempo será corto.el tempo será corto.

CONSOLIDACIÓN.CONSOLIDACIÓN.

En un suelo En un suelo saturado, saturado, al al disminuir el volumen de los disminuir el volumen de los intersticios, huecos, se intersticios, huecos, se expulsa un volumen igual a la expulsa un volumen igual a la variación del volumen de los variación del volumen de los porosporos

Si el estrato de suelo tiene Si el estrato de suelo tiene grandes dimensiones y se grandes dimensiones y se considera impermeable, se considera impermeable, se requerirá un cierto tiempo, requerirá un cierto tiempo, después de aplicada la carga después de aplicada la carga para que se desaloje el para que se desaloje el volumen de agua de los volumen de agua de los poros.poros.

Al proceso gradual de un suelo Al proceso gradual de un suelo saturado se deforma bajo la saturado se deforma bajo la acción de una carga, acción de una carga, reduciendo el volumen de los reduciendo el volumen de los poros y la expulsión del agua, poros y la expulsión del agua, se le llama se le llama proceso deproceso de

CONSOLIDACIÓN PRIMARIACONSOLIDACIÓN PRIMARIALos suelos más susceptibles son Los suelos más susceptibles son

las arcillas y limos las arcillas y limos saturadossaturados normalmente consolidadosnormalmente consolidados

Consolidación secundariaConsolidación secundaria..

Es un fenómeno de Es un fenómeno de flujo flujo viscosoviscoso, , el fenómeno se el fenómeno se atribuye al deslizamiento atribuye al deslizamiento progresivo diferido en el progresivo diferido en el tiempo, entre las partículas del tiempo, entre las partículas del material que se acomodan material que se acomodan tendiendo a estados más tendiendo a estados más compactos, compactos,

la velocidad de esta compresión la velocidad de esta compresión secundaria depende del secundaria depende del Esfuerzo Esfuerzo efectivoefectivo,, siendo independiente siendo independiente de la carga aplicada para de la carga aplicada para alcanzar ese esfuerzo efectivo y alcanzar ese esfuerzo efectivo y del espesor del estrato.del espesor del estrato.

Estas conclusiones se verifican Estas conclusiones se verifican experimentalmente con la experimentalmente con la prueba de consolidación.prueba de consolidación.

Aplicando diferentes incrementos Aplicando diferentes incrementos de cargas para una misma carga de cargas para una misma carga total (1kg/cmtotal (1kg/cm22) )

Lecturas del micrómetro

tiempo

Consolidación primaria Consolidación secundaria

10%

20 %60%

100 %

Curvas de consolidación

Para la primer curva se aplico Para la primer curva se aplico inicialmente 910 g/cminicialmente 910 g/cm22 y se dejo y se dejo consolidar. El incremento final consolidar. El incremento final fue del 10%. fue del 10%.

La curva del 100% significa que La curva del 100% significa que la carga inicial al suelo fue de la carga inicial al suelo fue de 0.5 Kg./cm0.5 Kg./cm22 terminando con 0.5 terminando con 0.5 Kg. /cmKg. /cm22

Se puede concluir que cuanto Se puede concluir que cuanto menor es el incremento de menor es el incremento de carga, en porcentaje de la carga, en porcentaje de la carga inicial, menos clara carga inicial, menos clara resulta la transición entre los resulta la transición entre los efectos primario y secundario.efectos primario y secundario.

La curva del 100% presenta una La curva del 100% presenta una clara diferencia entre los dos clara diferencia entre los dos fenómenos.fenómenos.

De acuerdo a los resultados del De acuerdo a los resultados del laboratorio se demostró que laboratorio se demostró que una serie de incrementos de una serie de incrementos de carga en el que se duplique la carga en el que se duplique la carga total precedente se carga total precedente se puede observar la transición puede observar la transición mas clara.mas clara.

Para fines de diseño se acepta la Para fines de diseño se acepta la definición del coeficiente de definición del coeficiente de consolidación secundaría (Cconsolidación secundaría (Caa).).

CCaa = es el cambio en el espesor = es el cambio en el espesor unitario en un tiempo igual a unitario en un tiempo igual a loglog10 10 en un ciclo, después de en un ciclo, después de presentarse la consolidación presentarse la consolidación primaria. primaria.

SScc = cantidad de consolidación = cantidad de consolidación secundaria.secundaria.

SScc = cambio en espesor originado = cambio en espesor originado por la aplicación sostenida de por la aplicación sostenida de cargas después de la cargas después de la completa completa disipación del exceso de presión disipación del exceso de presión de poro de poro y de que la carga se haya y de que la carga se haya transferido totalmente del agua transferido totalmente del agua intersticial a la estructura del intersticial a la estructura del suelo.suelo.

Para fines prácticos, se puede Para fines prácticos, se puede determinar Cdeterminar Caa a partir de la a partir de la pendiente de la curva pendiente de la curva deformación vs log t entre:deformación vs log t entre:

t = 100 min. a t = 1000 mint = 100 min. a t = 1000 min

Ó Ó

t = 1000 min. a t= 10 000t = 1000 min. a t= 10 000

Sus valores limites aproximados Sus valores limites aproximados son: son:

suelosuelo CCaa

Arcillas preconsolidadasArcillas preconsolidadas < 0.005< 0.005

Arcillas normalmente Arcillas normalmente consolidadasconsolidadas

0.005 a 0.005 a 0.050.05

Suelos orgánicosSuelos orgánicos 0.05 a 0.05 a 0.50.5

La relación de CLa relación de Caa/C/Ccc estará en estará en general entre los límites de general entre los límites de 0.025 a 0.10 para los suelos 0.025 a 0.10 para los suelos naturales, aplicando los naturales, aplicando los valores mayores a suelos valores mayores a suelos orgánicosorgánicos

CONSOLIDACIÓNCONSOLIDACIÓN

La compresión o expansión sólo La compresión o expansión sólo por cambios de volumen es el por cambios de volumen es el proceso por el que una masa de proceso por el que una masa de suelo cambia de volumen suelo cambia de volumen manteniendo su forma, solo manteniendo su forma, solo cambia de escala o la distancia cambia de escala o la distancia entre puntos mantiene su entre puntos mantiene su posición relativaposición relativa

Las relaciones Las relaciones esfuerzo – esfuerzo – deformación y tiempodeformación y tiempo se se determinan con la observación de determinan con la observación de la prueba de laboratorio de la prueba de laboratorio de consolidación.consolidación.

Para fines prácticos solo se toma en Para fines prácticos solo se toma en cuenta la deformación bajo cuenta la deformación bajo compresión por que los suelos no compresión por que los suelos no tienen resistencia a la tencióntienen resistencia a la tención

La posición relativa de las partículas La posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano sólidas sobre un mismo plano horizontal permanecen la misma, horizontal permanecen la misma, por lo que el movimiento de las por lo que el movimiento de las partículas de suelo ocurre sólo en partículas de suelo ocurre sólo en dirección vertical dirección vertical y la llamamos y la llamamos consolidación consolidación unidireccionalunidireccional o o unidimensional.unidimensional.

en estratos de arcilla en estratos de arcilla relativamente relativamente delgadosdelgados y y confinados confinados entre estratos de entre estratos de arena o grava o de materiales arena o grava o de materiales más rígidos; o en estratos de más rígidos; o en estratos de arcilla, gruesos pero con gran arcilla, gruesos pero con gran cantidad de capas delgadas de cantidad de capas delgadas de arena, se considera que la arena, se considera que la deformación lateral de la arcilla deformación lateral de la arcilla se limita y se desprecia se limita y se desprecia

Las características de la Las características de la consolidación de los estratos de consolidación de los estratos de arcilla pueden investigarse arcilla pueden investigarse cuantitativamente con la prueba cuantitativamente con la prueba de consolidación sobre de consolidación sobre especímenes representativos del especímenes representativos del suelo obtenidos de muestras suelo obtenidos de muestras inalteradas, para calcular inalteradas, para calcular la la magnitud y la velocidad de los magnitud y la velocidad de los asentamientosasentamientos

En esta prueba se produce la En esta prueba se produce la consolidación en tiempos cortos consolidación en tiempos cortos en comparación con el tiempo de en comparación con el tiempo de un estrato real de arcilla bajo un estrato real de arcilla bajo carga de la estructura.carga de la estructura.

Suponemos que las Suponemos que las constantes de constantes de consolidaciónconsolidación son las son las mismas mismas en en el laboratorio que el estrato real.el laboratorio que el estrato real.

Analogía Mecánica de Terzaghi.Analogía Mecánica de Terzaghi.

En 1925 en Viena, Terzagui En 1925 en Viena, Terzagui presento su teoría de la presento su teoría de la consolidación primaria, por consolidación primaria, por medio del siguiente modelo.medio del siguiente modelo.

Considere un cilindro de área de Considere un cilindro de área de sección recta A, provisto de un sección recta A, provisto de un pistón sin fricción, con una pistón sin fricción, con una pequeña perforación en elpequeña perforación en el

Fluido incompresible

resorte

Porificio

Habrá una transferencia Habrá una transferencia gradual de carga del fluido al gradual de carga del fluido al resorte. La velocidad de resorte. La velocidad de transferencia depende del transferencia depende del tamaño del orificio y de la tamaño del orificio y de la viscosidad del fluido.viscosidad del fluido.

Si se permite al resorte una Si se permite al resorte una deformación grande, se deformación grande, se logrará que la totalidad de la logrará que la totalidad de la carga P la soporte, el fluido carga P la soporte, el fluido tendrá las condiciones tendrá las condiciones originales antes de aplicar la originales antes de aplicar la cargacarga

Consideraciones:Consideraciones:

1.El suelo está totalmente saturado y 1.El suelo está totalmente saturado y es homogéneo.es homogéneo.

2.El agua y las partículas son 2.El agua y las partículas son incompresibles.incompresibles.

3.Es aplicable la ley de Darcy.3.Es aplicable la ley de Darcy.

4.La variación de volumen es 4.La variación de volumen es unidimensional en la dirección del unidimensional en la dirección del esfuerzo aplicado.esfuerzo aplicado.

5.El coeficiente de permeabilidad en 5.El coeficiente de permeabilidad en esta dirección es constanteesta dirección es constante